カスタムヒートシンクサーマルソリューションニュース

熱管理を強化し、最適なデバイス接合部温度を効果的に維持するために、さまざまなヒートシンク ソリューションを検討してください。

ヒートシンクの設計アイデア

日付:2021-10-15

ヒートシンクは、電子製品の熱設計で最も一般的に使用される放熱強化コンポーネントです。強化原理は、熱交換面積を増やすことです。熱設計におけるすべてのコンポーネントの設計と同様に、ヒートシンクの設計も熱伝達の 3 つの基本的な方法から始める必要があります。
1.熱伝導-ラジエーターの熱拡散抵抗を最適化します

ヒートシンクを電子部品に取り付けると、デバイス内部からラジエーターへの熱伝達とラジエーター内部の熱伝達が熱伝導に属します。古典的な熱伝達における熱伝導は、フーリエ熱伝導式で表すことができます。

heat sink design

式では、q'xはx方向の熱流束密度を表し、その単位はW /(m2·K)、Tは温度を表します。aは熱伝導方向の断面積、kは熱伝導率です。
上記の式から、熱伝導率と熱断面積が熱伝導における熱伝達効率に影響を与える 2 つの重要な変数であることがわかります。
一般的な金属の中で、アルミニウム合金と銅合金は熱伝導率が高く、総合的な経済性能が優れています。したがって、一般的なヒートシンクは主にアルミニウム押出ヒートシンクそして銅製ヒートシンク.
2. 対流熱伝達 - 対流熱伝達の効率を高める

部品の熱が熱伝導によってラジエーターに伝達された後、熱放散を完了するために、対流と放射熱交換によってヒートラジエーターを環境に伝達する必要があります。ラジエーターフィンと周囲の空気との熱交換方式は対流熱交換です。まず、対流熱伝達を記述するために使用されるニュートンの冷却の法則を見てみましょう。

heat sink design

式では、qは熱伝達、hは対流熱伝達係数、Aは熱交換面の面積、Twは固体表面温度、Tfは流体温度です。

明らかに、対流熱伝達面積を増やすことで、熱伝達を直接強化できます。ただし、熱伝達面積を増やすと、通常、ラジエーターのサイズを大きくする必要があるため、製品全体のサイズが大きくなります。これは、電子製品の小型化の傾向とは一致していません。さらに、ほとんどの場合、ラジエーターを増やすことは、放熱コストの増加も意味します。スペースが与えられている場合、ファインラジエーターは放熱面積を増やしながら風抵抗を増やし、内部の空気の流れに影響を与え、それによって対流熱伝達係数を低下させるため、放熱面積を増やすとシステムの風抵抗も考慮する必要があります。従来の現象は、フィン密度と耐風性の関係を説明するのに十分です:強制空冷製品のラジエーターフィン密度は通常、自然放熱製品のラジエーターフィン密度よりも高くなります。

aluminum extrusion heat sink

明らかに、対流熱伝達面積を増やすことで、熱伝達を直接強化できます。ただし、熱伝達面積を増やすと、通常、ラジエーターのサイズを大きくする必要があるため、製品全体のサイズが大きくなります。これは、電子製品の小型化の傾向とは一致していません。さらに、ほとんどの場合、ラジエーターを増やすことは、放熱コストの増加も意味します。スペースが与えられている場合、ファインラジエーターは放熱面積を増やしながら風抵抗を増やし、内部の空気の流れに影響を与え、それによって対流熱伝達係数を低下させるため、放熱面積を増やすとシステムの風抵抗も考慮する必要があります。従来の現象は、フィン密度と耐風性の関係を説明するのに十分であり、強制空冷製品のヒートシンクフィン密度は通常、自然放熱製品のヒートシンクフィン密度よりも高くなります。
ラジエーターの歯間隔を単に変更してより高い対流熱伝達係数を得ることに加えて、ラジエーターの壊れた歯、らせん状の歯、およびブルーミング歯はすべて、放熱面積と対流熱伝達係数の間のトレードオフです。風の抵抗と隙間の冷気を吸い込む効果を低減することで、放熱効果を最適化します。
システムレベルの製品では、ヒートシンクの設計、ファンの選択とエアダクトの設計は非常に複雑です。複数の加熱点、複数のヒートシンク、複数のファンがある場合、コンポーネントが相互に連携して、システムの空気量を効果的に使用し、ホットスポット間のカスケード効果を弱め、最適な設計の組み合わせを実現する必要があります。
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